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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Feuchtigkeit eines Mediums in einer Umgebung der Vorrichtung.
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Feuchte- oder Feuchtigkeitssensoren zur Bestimmung und/oder Überwachung der absoluten und/oder relativen Feuchtegehalts der Umgebung weisen typischerweise ein feuchtesensitives Sensorelement auf, von welchem ein von der Feuchtigkeit abhängiges Messsignal empfangbar ist. Dieses Messsignal wird beispielsweise in einer ebenfalls zu dem Messgerät gehörenden Elektronikeinheit aufbereitet und/oder verarbeitet.
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Bekannt geworden sind unter anderem Feuchtesensoren mit feuchtesensitiven Sensorelementen auf Basis eines feuchteempfindlichen Polymers. Zur Bestimmung des Feuchtegehalts kann dann beispielsweise eine kapazitive Messung oder eine resistive Messung vorgenommen werden. Beide Größen, die Kapazität und der Widerstand des Sensorelements, weisen jeweils eine Abhängigkeit vom Feuchtegehalt in der Umgebung des Sensors auf. Im Falle einer kapazitiven Messung ist beispielsweise eine das Polymer enthaltende Schicht zwischen zwei metallischen Elektroden angeordnet und dient als Dielektrikum eines durch die beiden Elektroden gebildeten Kondensators. Bei einem resistiven Feuchtesensor wird hingegen eine Veränderung des Widerstands zwischen den beiden Elektroden detektiert.
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Derartige Sensoren sind häufig ferner mit einer Heizeinheit ausgestattet, um durch Aufheizen des Sensorelements einen wohldefinierten Grundzustand hinsichtlich des Feuchtegehalts innerhalb des feuchteempfindlichen Sensorelements herstellen zu können.
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Eine ausschließliche Modellierung des Sensorelements als Widerstand oder Kapazität bilden die tatsächlichen Gegebenheiten nur näherungsweise ab. Wie beispielsweise in der
EP1411349B1 beschrieben, ist es für einen Frequenzbereich 0<f<50Hz zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit zweckdienlich, das Sensorelement als Parallelschaltung einer veränderlichen Kapazität und eines veränderlichen Widerstands darzustellen. Passende Werte für die Kapazität und den Widerstand lassen sich ermitteln, indem das Sensorelement durch eine Spannungsquelle und ein Schaltelement in einem ersten Messablauf über einen ersten Messwiderstand und in einem zweiten Messablauf über einen zweiten Messwiderstand geladen und/oder entladen wird.
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Ein Problem in Zusammenhang mit der Messgenauigkeit von Feuchtesensoren ist, dass im fortlaufenden Betrieb Verschmutzungen des Sensorelements, insbesondere einer Oberfläche des Sensorelements, auftreten können. In dieser Hinsicht ist es einerseits bekannt geworden, das Sensorelement durch geeignete Schutzvorrichtungen und/oder Filter gezielt für bestimmten Substanzen der Umgebung zu schützen.
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Andererseits oder darüber hinaus wäre es aber auch wünschenswert, solche Verschmutzungen und/oder auch andere Defekte eines entsprechenden Messgeräts rechtzeitig erkennen zu können.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit zur Zustandsüberwachung eines Feuchtemessgeräts bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 10.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Feuchtigkeit in einer Umgebung der Vorrichtung, umfassend ein feuchteempfindliches Sensorelement, wobei zumindest eine Eigenschaft des Sensorelements von der Feuchtigkeit der Umgebung beeinflussbar ist, und
eine Elektronik. Die erfindungsgemäße Elektronik ist dazu ausgestaltet, zumindest ein Messsignal von der Sensoreinheit zu empfangen, aus dem Messsignal die Feuchtigkeit der Umgebung zu bestimmen,
anhand des Messsignals einen elektrischen Widerstand des Sensorelements zu ermitteln, und anhand des elektrischen Widerstands eine Zustandsüberwachung der Vorrichtung vorzunehmen und zumindest einen Zustandsindikator zu ermitteln.
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Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Widerstand ein Maß für den Zustand der Vorrichtung ist. Wie bereits erwähnt, lässt sich das Sensorelement durch eine Kapazität und einen parallel zu der Kapazität geschalteten Widerstand, auch als Parallelwiderstand bezeichnet, darstellen. Dieser Widerstand wird erfindungsgemäß zur Durchführung einer Zustandsüberwachung herangezogen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass das feuchteempfindliche Sensorelement eine feuchteempfindliche Schicht umfasst, welche Schicht zumindest eine Eigenschaft aufweist, die von der Feuchtigkeit der Umgebung beeinflussbar ist. Insbesondere handelt es sich um einen Feuchtesensor auf Polymerbasis.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zumindest zwei Elektroden, wobei das feuchteempfindliche Sensorelement zwischen den Elektroden angeordnet ist.
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Die beiden Elektroden bilden zusammen mit dem Sensorelement ein Kondensatorelement, wobei das Sensorelement als Dielektrikum des Kondensatorelements dient. Ebenfalls handelt es sich bei dem Sensorelement um ein Widerstandselement, wobei das Sensorelement einen Widerstand bildet.
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Bevorzugt wird das Sensorelement mit einem Sendesignal in Form einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Das von dem Sensorelement empfangene Messsignal hängt dann unter anderem von der Feuchtigkeit der Umgebung, insbesondere der relativen Luftfeuchte, ab.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Elektronik dazu ausgestaltet ist, aus dem Messsignal eine Kapazität des Sensorelements zu ermitteln, und anhand der Kapazität die Feuchtigkeit der Umgebung zu bestimmen. In diesem Falle handelt es sich um einen kapazitiven Feuchtesensor.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Elektronik eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung der Kapazität des Sensorelements und eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung des elektrischen Widerstands des Sensorelements umfasst.
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In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung, insbesondere die Elektronik, ein Schaltelement zum Hin- und Herschalten zwischen der Bestimmungseinheit zur Bestimmung der Kapazität des Sensorelements und der Bestimmungseinheit zur Bestimmung des elektrischen Widerstands des Sensorelements umfasst. So können die Bestimmung der Feuchtigkeit und die Zustandsüberwachung abwechselnd vorgenommen werden. Vorteilhaft kann in diesem Falle eine wechselseitige Beeinflussung der beiden Vorgänge vermieden werden.
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In einer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands und die Einrichtung zur Bestimmung der Kapazität derart ausgestaltet sind, dass Sendesignale mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugbar sind, insbesondere ist mittels der Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands ein erstes Sendesignal mit einer ersten Frequenz und mittels der Einrichtung zur Bestimmung der Kapazität ein zweites Sendesignal mit einer zweiten Frequenz erzeugbar. Entsprechend weisen dann auch die Messsignale unterschiedliche Frequenzen auf.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Zustandsindikator um eine Aussage über eine Verunreinigung und/oder zumindest teilweise Zerstörung des Sensorelements, insbesondere um eine Aussage über eine Verschmutzung des Sensorelements mit zumindest einer in der Umgebung enthaltenen Substanz, handelt.
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Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Verunreinigungen des Sensorelements beispielsweise häufig zu leitenden Ablagerungen im Bereich des Sensorelements, insbesondere auch auf der Oberfläche des Sensorelements, führen können. Dies wiederum hat eine Verringerung des Widerstands des Sensorelements mit zunehmender Verunreinigung zur Folge.
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In dieser Hinsicht ist es somit von Vorteil, wenn die Elektronik dazu ausgestaltet ist im Falle, dass der Widerstand einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet, eine Meldung über den Zustand des Sensorelements, insbesondere über das Vorliegen einer Verunreinigung und/oder zumindest teilweise Zerstörung des Sensorelements, zu generieren und/oder auszugeben.
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Ebenso ist es denkbar, dass die Elektronik dazu ausgestaltet ist, den zeitlichen Verlauf des Widerstands aufzuzeichnen. Anhand des zeitlichen Verlaufs kann eine Abschätzung hinsichtlich des Grades einer Verunreinigung und/oder des Ausmaßes einer Zerstörung des Sensorelements durchgeführt werden.
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Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Zustandsindikator um eine Aussage hinsichtlich eines Defekts an zumindest einer Komponente der Vorrichtung handelt. Bei dem Defekt kann es sich beispielsweise um einen Defekt des Sensorelements handeln, insbesondere um eine Abnutzung oder zumindest teilweise, chemische Zersetzung, des Sensorelements. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Sensorelement in Form einer feuchteempfindlichen Schicht ausgestaltet ist. In diesem Falle lässt sich beispielsweise ein verringerte Schichtdicke, die insbesondere durch eine Abnutzung oder zumindest teilweise, chemische Zersetzung der Schicht entsteht, feststellen. Ebenso ist es denkbar, die Anlagerung von Verunreinigungen an der Vorrichtung, insbesondere am Sensorelement, zu detektieren.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Feuchtigkeit einer Umgebung, insbesondere einer Vorrichtung nach zumindest einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei von einem feuchteempfindlichen Sensorelement ein Messsignal empfangen wird,
wobei aus dem Messsignal die Feuchtigkeit der Umgebung bestimmt wird,
wobei anhand des Messsignals ein elektrischer Widerstand des Sensorelements ermittelt wird, und
wobei anhand des elektrischen Widerstands eine Zustandsüberwachung der Vorrichtung vorgenommen und zumindest ein Zustandsindikator ermittelt wird.
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Bei dem Zustandsindikator handelt es sich beispielsweise um eine Aussage über eine Verunreinigung und/oder zumindest teilweise Zerstörung des Sensorelements, insbesondere um eine Aussage über eine Verschmutzung des Sensorelements mit zumindest einer in der Umgebung enthaltenen Substanz, oder eine Aussage hinsichtlich einer Fehlfunktion zumindest einer Komponente der Vorrichtung handelt.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird aus dem Messsignal eine Kapazität des Sensorelements ermittelt, wobei anhand der Kapazität die Feuchtigkeit der Umgebung bestimmt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden der elektrische Widerstand und die Kapazität abwechselnd bestimmt.
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Noch eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Kapazität und/oder der Widerstand anhand eines Real- und/oder Imaginärteils des Messsignals und/oder anhand eines Phasenwinkels des Messsignals ermittelt wird/werden.
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Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterten Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwenden lassen und umgekehrt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert:
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Feuchtesensors auf Polymerbasis nach Stand der Technik, und
- 2 zeigt eine schematische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf eine Vorrichtung in Form eines kapazitiven Feuchtesensors auf Polymerbasis.
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1 zeigt eine schematisch dargestellten, kapazitiven Feuchtesensor 1 auf Polymerbasis. Das Messgerät 1 umfasst ein feuchtesensitives Sensorelement 2 mit einer Polymerschicht, welches zwischen zwei Elektroden 3 angeordnet und mittels der Anschlussleitungen 5 mit einer Elektronik 4 verbunden ist, welche unter anderem der Verarbeitung der vom Sensorelement 2 empfangenen Messsignale dient. Der Feuchtegehalt einer Umgebung U des Sensorelements 2 ist in diesem Fall eine Funktion der Kapazität C des durch die Elektroden 3 und des als Dielektrikum wirkenden Sensorelements 2.
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Das Sensorelement 2 kann in einem Ersatzschaltbild als Parallelschaltung einer Kapazität C und eines Widerstands R dargestellt werden, wie in 2 gezeigt. Während die Kapazität C beispielsweise zur Bestimmung des Feuchtegehalts der Umgebung der Vorrichtung 1 herangezogen werden kann, eignet sich der Widerstand R zur Zustandsüberwachung der Vorrichtung.
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Zu diesem Zweck umfasst die Elektronik 4 eine Einrichtung 6 zur Bestimmung der Kapazität C und eine Bestimmungseinrichtung 7 zur Bestimmung des Widerstands R. Zudem umfasst die Elektronik ein Schaltelement 8, mit welchem zwischen den beiden Einrichtungen 6 und 7 zur Bestimmung der Kapazität C und des Widerstands R hin- und her geschaltet werden kann. Ein derartiges Schaltelement 8 muss aber nicht zwingend Teil der Elektronik 4 sein.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Kapazität C und der Widerstand R abwechselnd bestimmt werden. Zu diesem Zweck können insbesondere zwei unterschiedliche Sendesignale S1 und S2 mit unterschiedlichen Frequenzen f1 und f2 generiert und verwendet werden derart, dass auch zwei unterschiedliche Messsignale M1 und M2 ausgewertet werden. Die unterschiedlichen Sendesignale S1 und S2 können jeweils auch in den Einrichtungen 6 und 7 zur Bestimmung der Kapazität C und des Widerstands R enthalten sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung, Feuchtesensor, Messgerät
- 2
- Feuchteempfindliches Sensorelement
- 3
- Elektroden
- 4
- Elektronik
- 5
- Anschlussleitungen
- 6
- Einrichtung zur Bestimmung der Kapazität
- 7
- Einrichtung zur Bestimmung des Widerstands
- 8
- Schaltelement
- U
- Umgebung
- C
- Kapazität
- R
- Widerstand
- S
- Sendesignal
- M
- Messsignal
- f
- Frequenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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